(57)【要約】      （修正有）【課題】太陽電池モジュール上の積雪を自動的に落下させ、強風時に太陽電池パネルがモジュール枠よりはずれることのない太陽電池モジュール装置を提供する。【解決手段】太陽電池モジュール１０を水平面に対して傾斜して設置するための太陽電池モジュール装置において、前記太陽電池モジュール１０の最上部の辺を支点として回転可能に支持し  さらに、前記太陽電池モジュール１０の最下部の辺を弾性体２４，２５により持ち上げるように支持するようにする。これにより太陽電池モジュール１０上の積雪の除雪を自動的に行い  さらに、強風下でも太陽電池モジュール１０の変形や破損が無くなる。【選択図】  図４
2005019825.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池モジュール並びにこの太陽電池モジュールを水平面に対し傾斜して設置する取付台とから成る太陽電池モジュール装置において、前記取付台は太陽電池モジュールの上方部に配した太陽電池モジュール回転用支持部を備え、さらに前記太陽電池モジュールを上記太陽電池モジュール回転用支持部を回転軸にして変動させるべく、当該太陽電池モジュールの下方部に弾性体を具備したことを特徴とする太陽電池モジュール装置。
【請求項２】
前記弾性体がバネ体からなることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池モジュール装置。
【請求項３】
前記弾性体がゴム体からなることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池モジュール装置。
【請求項４】
前記弾性体を太陽電池モジュールの最下部に配したことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の太陽電池モジュール装置。
【請求項５】
前記弾性体は少なくとも２個の伸縮部から成ることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の太陽電池モジュール装置。
【請求項６】
前記太陽電池モジュール回転用支持部を太陽電池モジュールの最上部に配したことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の太陽電池モジュール装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は太陽電池モジュールを屋外に設置する場合の太陽電池モジュール装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
太陽電池素子は単結晶シリコン基板や多結晶シリコン基板を用いて作製することが多いが、そのために、太陽電池素子は物理的衝撃に弱く、また、屋外に太陽電池を取り付けた場合、雨などからこれを保護する必要がある。
【０００３】
さらに、太陽電池素子１枚では発生する電気出力が小さいため、複数の太陽電池素子を直並列に接続し、これによって実用的な電気出力が取り出せるようにする必要がある。
【０００４】
このような要求に応じるために、複数の太陽電池素子を接続し、透光性基板とエチレンビニルアセテート共重合体（ＥＶＡ）などを主成分とする充填材で封入し、これによって太陽電池パネルを作成し、そして、これにモジュール枠等を取り付け、太陽電池モジュールとして屋外に設置することが通常行われている。
【０００５】
太陽電池モジュールを屋外に取り付ける場合、通常１年を通して太陽光の受光量が最大になるように受光面を南方向に向け、水平方向に対し２０から６０程度傾斜させて設置している。
【０００６】
このように屋外に設置した太陽電池モジュールによれば、冬季にその受光面に雪が積もり、その発電が阻害されることがあった。また、積雪の多い地方では受光面に積もった雪の重みのために太陽電池モジュールがたわみ、これにより、モジュール枠がはずれたり、太陽電池モジュールの受光面側にある透光性基板が割れたり、破損したりすることがあった。
【０００７】
かかる課題を解消するため、太陽電池モジュール上の雪を取り除く方法として、太陽電池モジュールの裏面の中央部より上方位置に回転可能な取り付け部材を取り付け、太陽電池モジュールを一定傾斜角度に保持する弾性部材を具備して取り付け、太陽電池モジュール受光面上の積雪の重量が弾性部材の弾性力を超えたときに、取り付け部材の位置を支点として太陽電池モジュールを回転させ、太陽電池モジュール上の雪を落下させることが考案されている。（特許文献１参照）
この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては次のようなものがある。
【０００８】
【特許文献１】
実開平２−８１５４号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のような太陽電池モジュール装置によれば、太陽電池モジュール受光面の積雪を取り除くことには有効であるが、その反面、強風に対する有効な対策がなされていないという課題があった。
【００１０】
すなわち、強風により太陽電池モジュールが受光面側または裏面側にたわみ、これによって太陽電池パネルが割れたり、モジュール枠よりはずれ、落下することがあった。
【００１１】
本発明はこのような問題点に解消するために完成されたものであり、その目的は太陽電池モジュール上の積雪を自動的に落下させる太陽電池モジュール装置を提供することである。
【００１２】
本発明の他の目的は強風時にも太陽電池パネルがモジュール枠よりはずれることのない太陽電池モジュール装置を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の太陽電池モジュール装置は、太陽電池モジュール並びにこの太陽電池モジュールを水平面に対し傾斜して設置する取付台とから成り、そして、前記取付台は太陽電池モジュールの上方部に配した太陽電池モジュール回転用支持部を備え、さらに前記太陽電池モジュールを上記太陽電池モジュール回転用支持部を回転軸にして変動させるべく、当該太陽電池モジュールの下方部に弾性体を具備したことを特徴とする。
【００１４】
本発明の他の太陽電池モジュール装置は、前記弾性体がバネ体からなることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の他の太陽電池モジュール装置は、前記弾性体がゴム体からなることを特徴とする。
【００１６】
さらに本発明の太陽電池モジュール装置は、前記弾性体を太陽電池モジュールの最下部に配したことを特徴とする。
【００１７】
さらにまた、本発明の太陽電池モジュール装置は、前記弾性体は少なくとも２個の伸縮部から成ることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の太陽電池モジュール装置は、前記太陽電池モジュール回転用支持部を太陽電池モジュールの最上部に配したことを特徴とする。
【００１９】
【作用】
本発明の太陽電池モジュール装置によれば、太陽電池モジュールを水平面に対し傾斜して設置する取付台が、太陽電池モジュールの上方部に配した太陽電池モジュール回転用支持部（回転用支点）を備え、さらに前記太陽電池モジュールを上記太陽電池モジュール回転用支持部を回転軸にして変動させるべく、当該太陽電池モジュールの下方部に弾性体を具備したことで、太陽電池モジュール上に雪が積もり、その重さによって太陽電池モジュール回転用支持部により太陽電池モジュールが回転するように変動し、これにより、太陽電池モジュールの傾斜が急になり、その結果、雪の自重により落下し、除雪することができる。
【００２０】
また、本発明の太陽電池モジュール装置によれば、この太陽電池モジュールに向けて強い風が吹いた場合、この風力により太陽電池モジュール回転用支持部を支点にして変動するが、このような変動により風力の衝撃を緩和し、これにより、太陽電池モジュールの破損を防ぐことができる。
【００２１】
さらにまた、本発明の太陽電池モジュール装置によれば、前記弾性体は少なくとも２個の伸縮部から成ることで、一方の弾性体を伸びるような機能をもたせた場合には、他方の弾性体を縮むような機能をもたせることができ、双方の機能を併せもたせることで、とくに風力の衝撃の緩和に対し、有効である。
【００２２】
すなわち、太陽電池モジュールを水平面に対し傾斜して設置した場合、かかる風力は太陽電池モジュールの表面（受光面）もしくは裏面に向けて風が当るのであるが、いずれの風力に対しても有効になる。
【００２３】
さらに本発明の太陽電池モジュール装置は、前記弾性体を太陽電池モジュールの最下部に配したことを特徴とする。
【００２４】
また、本発明の太陽電池モジュール装置については、前記太陽電池モジュール回転用支持部を太陽電池モジュールの最上部に配したり、あるいは前記弾性体を太陽電池モジュールの最下部に配することで、上述した作用効果がもっとも顕著になる。とくに前記太陽電池モジュール回転用支持部を太陽電池モジュールの最上部に配し、かつ前記弾性体を太陽電池モジュールの最下部に配することで、上述した作用効果が他の配設構成に比べてもっとも顕著な効果が得られる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付図面を用いて説明する。
【００２６】
図１は本発明に係る太陽電池パネル部分の構造の一例を示す図である。
【００２７】
同図において、１は透光性基板、２は受光面側充填材、４は裏面側充填材、３は太陽電池素子、５は裏面材である。
【００２８】
透光性基板１としては、ガラスやポリカーボネート樹脂などからなる基板が用いられる。
【００２９】
ガラスついては、白板ガラス、強化ガラス、倍強化ガラス、熱線反射ガラスなどが用いられるが、一般的には厚さ３ｍｍ〜５ｍｍ程度の白板強化ガラスが多く使用される。
【００３０】
他方のポリカーボネート樹脂の場合、厚みが５ｍｍ程度のものが多く使用される。
【００３１】
受光面側充填材２および裏面側充填材４としては、透光性、耐熱性、電気絶縁性を有する素材が好適に用いられ、酢酸ビニル含有量２０〜４０％のエチレンビニルアセテート共重合体（ＥＶＡ）のほか、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）などを主成分とする。
【００３２】
そして、厚さ０．４〜１ｍｍ程度のシート状形態のものが用いられる。これらは減圧下でのラミネート工程において、融着して他の部材と一体化する。
【００３３】
太陽電池素子３は、厚み０．３〜０．４ｍｍ程度の単結晶シリコンや多結晶シリコン基板などからなる。
【００３４】
このような基板の内部にはＰＮ接合が形成されるとともに、その受光面と裏面には電極が設けられ、さらに受光面には反射防止膜を設けて構成される。
【００３５】
かかる基板の大きさは、多結晶シリコン太陽電池でおよそ１００〜１５０ｍｍ角程度のものが多い。この太陽電池素子３を複数個銅箔等の接続タブ（図示せず）により直列または並列に接続して用いる。
【００３６】
背面材５は水分を透過しないようにアルミ箔を挟持した耐候性を有するフッ素系樹脂シートやアルミナまたはシリカを蒸着したポリエチレンテレフタレ−ト（ＰＥＴ）シートなどが用いられる。
【００３７】
本発明に用いる太陽電池モジュールのパネル部は、上述のように積層された各部材の積層体を接着一体化することによって作製する。
【００３８】
すなわち、各部材の積層体をラミネーターと呼ばれる減圧状態で加熱しながら加圧する装置にセットした後、太陽電池モジュールの内部の空気を除去するために５０〜１５０Ｐａ程度に減圧し、１００〜２００℃の温度で１５分〜１時間加熱しながら加圧する。これによって、受光面側充填材２２、裏面側充填材２４が軟化し融着するため、各部材を接着し一体化し、太陽電池モジュールのパネル部を作製することができる。
【００３９】
次に上述の方法によって作製された太陽電池パネルの各辺部に対してモジュール枠を設ける。
【００４０】
図２は、太陽電池パネルにモジュール枠を設けた時の側面図であり、同図中、６は太陽電池パネル、７はモジュール枠を示す。
【００４１】
モジュール枠７は、通常、アルミニウムの押し出し成形で造られることが多く、その表面にはアルマイト処理などが施される。そして、このモジュール枠７を、太陽電池パネル６の外周各辺に嵌め込み、各コーナー部をビスなどにより固定する。
【００４２】
このようなモジュール枠７は、機械的強度や耐候性能を付与し、さらに次に取り付ける軸受けや弾性体取り付け用のブラケットを太陽電池モジュールに取り付けることにも供する。
【００４３】
以上のような工程を経て完成した太陽電池モジュールによれば、多結晶太陽電池を使用したものでは、出力約１６０Ｗ程度で概略の大きさは約１３００×１１００ｍｍ程度が一般的である。
【００４４】
次に本発明の取付台を述べる。
【００４５】
本例に述べる取付台については、図３に示す軸受けや弾性体取り付け用のブラケット、図４に示す架台基礎部、架台、弾性体等から構成する。
【００４６】
図３は太陽電池モジュールに軸受けや弾性体取り付け用のブラケットを取り付けた状態を示す。
【００４７】
同図において、１０は太陽電池モジュール、１１は軸受け、１２は弾性体取り付け用のブラケットを示す。
【００４８】
軸受け１１は、アルミニウム、ステンレス、鉄などで製作し、略直角に折れ曲がった形状で、その１面には太陽電池モジュールへの取り付け用の貫通穴が２から４個設けられ、他面には回転軸を通すための穴が１個設けられている。
【００４９】
そして、太陽電池モジュール１０を傾斜して取り付けた場合、このような軸受け１１を太陽電池モジュール１０の上方、とくに最上部の辺の両端部２カ所のモジュール枠底部にそれぞれネジ等で取り付ける。
【００５０】
弾性体取り付け用のブラケット１２については、アルミニウム、ステンレス、鉄などで製作し、太陽電池モジュールへの取り付け面、横面、弾性体取り付け面の３面から成っている。
【００５１】
太陽電池モジュールへの取り付け面には太陽電池モジュールへの取り付け用の貫通穴が２から４個設けられる。横面は、太陽電池モジュールへの取り付け面に略直角に曲げられており、さらに弾性体取り付け面も横面に対し太陽電池モジュールへの取り付け面と同じ方向に略直角に曲げられている。
【００５２】
さらに弾性体取り付け面には、使用される弾性体の種類に応じて、弾性体を取り付けるためのネジやフックなどが付けられる。そして、このような弾性体取り付け用のブラケット１２を傾斜して取り付ける太陽電池モジュール１０の最下部の辺の中央部１カ所のモジュール枠底部にネジ等で取り付ける。
【００５３】
このように太陽電池モジュール１０を傾斜して取り付けた場合、ブラケット１２を太陽電池モジュール１０の下方、とくに最下部のモジュール枠底部に取り付けるとよい。
【００５４】
図４は本発明に係る太陽電池モジュール装置の一例の側面図である。
【００５５】
同図において、１０は上述の太陽電池モジュール、１１は軸受け、１２は弾性体取り付け用のブラケット、２０は架台基礎部、２１は取り付け架台、２２は前記前記太陽電池モジュール回転用支持部である回転軸、２３は弾性体ハウジング、２４は下部弾性体、２５は上部弾性体を示す。
【００５６】
上記架台基礎部２０によれば、たとえば太陽電池モジュールを地面上に直接設置する場合などでは、地面をコンクリートで固めたものである。
【００５７】
また、建物の陸屋根部分に設置する場合などで、鉄製のアングルで架台を設ける場合などでは架台の底部であり、これを太陽電池モジュールを設置する陸屋根部分にアンカーボルトなどを用いて固定する。
【００５８】
取り付け架台２１は鉄やステンレスなどの角柱等で造られ、太陽電池モジュールに取り付けた２個の軸受け間の内寸法だけ離して１つの太陽電池モジュールに対して２本設けられる。さらに取り付け架台２１の上部には回転軸を通すための貫通穴が設けられている。
【００５９】
弾性体ハウジング２３は鉄やアルミニウム、ステンレスなどで断面がヲの字状で、その開口部の高さは、太陽電池モジュールを取り付けたときに弾性体取り付け用のブラケット１２の外側端部が弾性体ハウジング２３の高さのほぼ中央になるようにし、その幅は弾性体取り付け用のブラケット１２にあわせてほぼ同じ幅にする。下部弾性体２４、上部弾性体２５は共に１から４本程度、上下合計で２から８本程度付けられ、両者とも前記バネ体である圧縮バネなどが用いられ、通常全ての弾性体は同じバネ常数（バネの強さ）のものである。
【００６０】
下部弾性体２４や上部弾性体２５の強さや本数は太陽電池モジュールの重さや太陽電池モジュールを設置する場所の積雪量、風の強さなどを考慮して決定すればよい。
【００６１】
本特許に係る太陽電池モジュールの取り付け構造体の組み立て方法は次の通りである。
【００６２】
まず架台基礎部２０に取り付け架台２１を太陽電池モジュール１つにつき２本据え付ける。
【００６３】
本発明に係る太陽電池モジュール取り付け構造体を地面上に直接設置する場合などでは、水平面より６０から９０度角度をなすように架台基礎部２０に打ち込まれ、建物の陸屋根部分に設置する場合などで、鉄製のアングルで架台を設ける場合などでは架台基礎部２０のアングルなどに上述のような所定角度傾斜させた状態で溶接やネジ止めにより取り付けられる。
【００６４】
また、同じく弾性体ハウジング２３を所定の位置に据え付ける。すなわち、本発明に係る太陽電池モジュール取り付け構造体を地面上に直接設置する場合などでは、所定角度傾斜して架台基礎部２０に打ち込まれ、建物の陸屋根部分に設置する場合などで、鉄製のアングルで架台を設ける場合などでは架台基礎部２０のアングルなどに上述のような所定角度傾斜させた状態で溶接やネジ止めにより取り付けられる。
【００６５】
次に軸受け１１や弾性体取り付け用のブラケット１２を取り付けた太陽電池モジュール１０を取り付け架台２１に取り付ける。これは取り付け架台２１の上部には回転軸を通すための貫通穴と太陽電池モジュールに取り付けられた軸受け１１の貫通穴を合わせて回転軸用のシャフトをそれぞれの貫通穴に通すことにより行う。
【００６６】
その後、太陽電池モジュール１０に取り付けた弾性体取り付け用のブラケット１２と弾性体ハウジング２３を下部弾性体２４および上部弾性体２５によりつなぐ。
【００６７】
このような太陽電池モジュール装置においては、積雪や風のない通常の状態では弾性体２４および上部弾性体２５が釣り合っている状態で太陽電池モジュールは安定する。
【００６８】
しかしながら、太陽電池モジュール受光面に積雪があった場合は、その積雪による荷重により下部弾性体２４が圧縮され、上部弾性体２５が伸長するので、太陽電池モジュール１０は回転軸２２を支点として下方向に回転し、その傾斜角度は大きくなる。これにより、太陽電池モジュール受光面上の雪は落下し、積雪により太陽電池モジュールが変形や破損することはなくなる。そして、雪が落下した後では、下部弾性体２４および上部弾性体２５の働きにより所定の傾斜角度に自動的に復帰する。
【００６９】
さらに太陽電池モジュールは通常、年間を通じて太陽光の受光量が最大になるように受光面を南方向に向けるが、冬季には北方向から強い季節風が吹く。
【００７０】
すなわち、冬季には太陽電池モジュールの裏面に強い風が吹きつけることとなるが、このような場合においても、太陽電池モジュールの裏面に吹きつける風圧により、下部弾性体２４が伸長され、上部弾性体２５が圧縮するので、太陽電池モジュール１０は回転軸２２を支点として上方向に回転し、その傾斜角度は小さくなり、太陽電池モジュールの受ける風圧は小さくなり、破損することはなくなる。
【００７１】
また、台風などにより太陽電池モジュールの受光面側に強い風が吹きつける場合でも、その風圧により下部弾性体２４が圧縮され、上部弾性体２５が伸長するので、太陽電池モジュール１０は回転軸２２を支点として下方向に回転することにより、その風の力を逃がすため、太陽電池モジュール１０は破損することはなくなる。
【００７２】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変更や改良等はなんら差し支えない。
【００７３】
たとえば出力の小さな小型の太陽電池モジュールでは、下部弾性体２４または上部弾性体２５のどちらか一方でもよい。
【００７４】
また、太陽電池素子には単結晶や多結晶シリコンなどの結晶系太陽電池に限定されるものではなく、薄膜系太陽電池などでも適用可能である。
【００７５】
さらにまた、弾性体として、バネ体（圧縮バネ）を用いたが、これに代えてゴム体などからなる弾性体を用いてもよい。
【００７６】
【発明の効果】
以上のように、本発明の太陽電池モジュール装置によれば、冬季の積雪や強風においても太陽電池モジュールが変形したり、破損することがなくなった。
【００７７】
また、本発明の太陽電池モジュール装置によれば、弾性体の働きにより太陽電池モジュール上の積雪を自動的に除雪し、また、除雪後は自動的に所定角度に復帰するため、除雪や復帰の手間がかからずまた、発電効率も向上した。
【００７８】
さらに本発明の太陽電池モジュール装置によれば、強風下において太陽電池モジュール回転用支持部を支点として上下方向に回転した後は、弾性体の働きにより自動的に所定角度に復帰するため、復帰の手間がかからなくなった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る太陽電池モジュールのパネル部分の概略構造を示す断面図である。
【図２】本発明に係る太陽電池モジュールのモジュール枠と太陽電池パネルを示す概略図である。
【図３】太陽電池モジュールに軸受けや弾性体取り付け用のブラケットを取り付けた状態を示す斜視図である。
【図４】本発明に係る太陽電池モジュール装置の一例を示す側面図である。
【符号の説明】
１；透光性基板、２；受光面側充填材、３；太陽電池素子、４；裏面側充填材、５；裏面材、６；太陽電池パネル、７；モジュール枠、１０；太陽電池モジュール、１１；軸受け、１２；ブラケット、２０；架台基礎部、２１；取り付け架台、２２；回転軸、２３；弾性体ハウジング、２４；下部弾性体、２５；上部弾性体
【図１】
2005019825.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2005019825.tif 000006